Astronauten op de ruimtestation lijkt misschien ver weg, maar ze zijn slechts 248 mijl van de aarde verwijderd: iets meer dan de rit van New York City naar Washington DC. Alles wat ze nodig hebben, kan in relatief korte tijd worden geleverd. Astronauten die Mars bezoeken, zullen niet zo'n gemakkelijke toegang hebben. De gemiddelde afstand van de rode planeet tot de aarde is 140 miljoen mijl.
We kunnen bevoorradingsmissies plannen, maar het nemen van alles mee voor de rit zou duur en onpraktisch zijn. Zoals Mark Watney in De Mars-, ontdekkingsreizigers zullen moeten leven van het land ook.
Er zijn tal van voorstellen gedaan over hoe astronauten de essentiële dingen zouden kunnen produceren, maar tot voor kort was er geen technologie in de praktijk getest. Nu, dankzij een machine genaamd MOXY, opgeborgen op NASA's Perseverance-rover, kunnen we definitief zeggen dat mensen zuurstof kunnen maken op Mars.
In een paper gepubliceerd deze week in Wetenschap Advances, zeiden onderzoekers dat zeven experimentele runs van een uur in 2021 aantonen dat MOXIE op betrouwbare wijze koolstofdioxide kan omzetten in de hoeveelheid zuurstof van een kleine boom. Bij tests met verschillende temperaturen en drukken, dag en nacht, winter en zomer, ademde de moedige machine gestaag de atmosfeer van Mars in en ademde minstens zes gram zuurstof per uur uit.
MOXIE werkt zijn magie door lucht aan te zuigen, stof uit te filteren en de gassen samen te persen en te verwarmen tot 800 graden Celsius. De verwarmde lucht stroomt door een elektrolyse-instrument met vaste oxide dat koolstofdioxide splitst, wat goed is voor 96 procent van de atmosfeer van Mars-in zuurstof en koolmonoxide. De machine scheidt vervolgens de zuurstof af en stoot de koolmonoxide, samen met andere gassen, uit als uitlaatgassen.
"Dit is de eerste demonstratie van het daadwerkelijk gebruiken van hulpbronnen op het oppervlak van een ander planetair lichaam en deze chemisch te transformeren in iets dat nuttig zou zijn voor een menselijke missie", zegt Jeffrey Hoffman, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van MOXIE, een professor in de praktijk aan de afdeling van MIT. van luchtvaart en ruimtevaart, in een release.
Een Mars 'bos'
De demonstratie is nog maar het begin. Een toekomstige versie, ongeveer zo groot als een "kleine diepvrieskist", zuurstof zou produceren met een snelheid gelijk aan enkele honderden bomen. Met een productie van ongeveer drie kilogram zuurstof per uur gedurende 26 maanden, zou de machine een opslagtank kunnen voeden om astronauten te laten ademen en hun rit naar huis van brandstof te voorzien.
Om daar te komen, zou de machine in staat moeten zijn om non-stop te werken in de barre omgeving van Mars - en er zou veel meer vermogen nodig zijn.
"Power is het gebied waar we de meeste verbetering verwachten in de opgeschaalde MOXIE," Dr Michael Hecht, associate director bij MIT's Haystack Observatory en hoofdonderzoeker op MOXIE, vertelde: Hub voor singulariteit.
“Op Perseverance gebruiken we tot 300 watt om ongeveer 8 gram zuurstof per uur te produceren, wat niet veel meer is dan 10 procent efficiëntie in verhouding tot de hoeveelheid elektrochemische kracht die nodig is om het CO2-molecuul uit elkaar te trekken. Op basis van gedetailleerde studies verwachten we dat het volledige systeem meer als 90 procent efficiënt zal zijn."
Sommige van deze voordelen zullen zijn omdat een grotere machine met lagere drukken kan werken, waardoor energie wordt bespaard bij compressie, zei Dr. Hecht. Maar vooral dankzij schaalvoordelen: je kunt bijvoorbeeld grammen of kilogrammen produceren met dezelfde elektronica.
Het vereist natuurlijk nog steeds een betrouwbare stroombron. Volgens Dr. Hecht zou een kernreactor met een vermogen van ongeveer 10 kilowatt (die momenteel door NASA wordt ontwikkeld) de slag moeten slaan.
Het voordeel van nucleair gaan is betrouwbaarheid en een lange levensduur. NASA's Opportunity Rover, aangedreven door zonnepanelen, ontmoette zijn ondergang toen een wereldwijde stofstorm de zon blokkeerde. De kernenergiebron van Perseverance is daarentegen op zichzelf staand en beoordeeld om 14 jaar mee te gaan.
Over stofstormen gesproken, voor een machine die de kost verdient door lucht aan te zuigen, wereldwijde stormen die weken of maanden aanhouden geduchte vijanden zouden lijken. Inderdaad, zei Dr. Hecht, zoals je zou verwachten dat luchtfilters thuis verstopt raken, zal hetzelfde gebeuren op Mars.
"We hebben stoffiltering uitgebreid bestudeerd en het lijkt een van die gevallen te zijn waarin de natuur aardig voor ons is. De stormen zelf zijn niet zo'n groot probleem als de constante stofopname,” zei hij. "Maar gelukkig volgt het stof de luchtstroom niet zo gemakkelijk bij die lage druk, dus bijna alles kan worden geëlimineerd door eenvoudige schotten die de lucht dwingen om hoeken te gaan terwijl het in het systeem wordt gezogen."
Hoewel er een aantal grote vragen zijn beantwoord, is het team van plan om MOXIE te blijven testen. Ze laten het in de schemering en zonsopgang draaien, wanneer de temperaturen op Mars wilder schommelen, duwen het om meer zuurstof te produceren en houden de slijtage nauwlettend in de gaten. Ondertussen, terug op aarde, heeft Oxeon, het bedrijf dat de elektrolyse-eenheid heeft gemaakt, al gebouwd en getest een systeem dat 100 keer groter is.
Volgende Stop Mars?
Hoe snel we een afgewerkt product nodig hebben, is niet zeker. NASA is van plan om dit jaar Artemis I te lanceren, een opstap naar de maan en uiteindelijk, naar men hoopt, Mars. Ondertussen kijkt China naar de rode planeet, en SpaceX haast zich om zijn Mars-raket te voltooien. Streefdata voor touchdown variëren van eind dit decennium tot ergens in de jaren 2030.
Tussen nu en dan zullen we veel belangrijke uitdagingen moeten oplossen. Maar uitzoeken hoe je lucht kunt produceren om te ademen en brandstof voor een reis naar huis, is een grote doos om te controleren. "Het is wat ontdekkingsreizigers sinds onheuglijke tijden hebben gedaan," Hoffman vertelde De Washington Post. "Ontdek welke bronnen beschikbaar zijn waar je naartoe gaat en ontdek hoe je ze kunt gebruiken."
Krediet van het beeld: NASA
